FR2849194A1

FR2849194A1 - CORROSION DETECTION DEVICE

Info

Publication number: FR2849194A1
Application number: FR0216477A
Authority: FR
Inventors: Didier Frot; Francoise Guillou; Xavier Longaygue
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2004-06-25
Anticipated expiration: 2022-12-23
Also published as: NO20052990L; CN1729392A; WO2004065942A1; FR2849194B1; AU2003298417A1; NO20052990D0; US7129471B2; NO336735B1; KR20050088467A; DE60336172D1; ATE499597T1; US20060077379A1; JP2006511812A; EP1579199B1; EP1579199A1

Abstract

- L'invention concerne un dispositif de détection de la corrosion induite par un milieu sur une structure. Le dispositif comporte: une chambre fermée (5) par une pastille (4) fabriquée dans un matériau tel que la pastille devient perméable au milieu une fois corrodée par le milieu, et des moyens de mesure de l'indice de réfraction du milieu présent dans la chambre.- Selon une réalisation préférée, une fibre optique est utilisée pour la mesure de la variation de l'indice de réfraction.- The invention relates to a device for detecting corrosion induced by a medium on a structure. The device comprises: a chamber closed (5) by a patch (4) made of a material such that the patch becomes permeable to the medium once corroded by the medium, and means for measuring the refractive index of the medium present in the chamber. According to a preferred embodiment, an optical fiber is used for the measurement of the variation of the refractive index.

Description

5 La présente invention concerne un dispositif de détection de laThe present invention relates to a device for detecting the

corrosion dans lequel on utilise la mesure d'un indice de réfraction pour obtenir et transmettre un signal représentatif d'un état de corrosion Cette invention peut s'appliquer avantageusement pour détecter la corrosion d'une conduite de transport d'un effluent, par exemple des hydrocarbures Dans une variante 10 préférée, une fibre optique est utilisée. corrosion in which the measurement of a refractive index is used to obtain and transmit a signal representative of a state of corrosion This invention can advantageously be applied to detect corrosion of a pipe for transporting an effluent, for example Hydrocarbons In a preferred variant, an optical fiber is used.

La présente invention présente les avantages de simplicité, de précision et d'adaptabilité aisée à différentes mises en oeuvre de dispositifs soumis à des conditions de corrosion. The present invention has the advantages of simplicity, precision and easy adaptability to different implementations of devices subjected to corrosion conditions.

Ainsi, la présente invention concerne un dispositif de détection de la 15 corrosion induite par un milieu, comportant: une chambre fermée par une pastille fabriquée dans un matériau tel que la pastille devient perméable au milieu une fois corrodée par ce milieu, et des moyens de mesure de l'indice de réfraction du fluide présent dans la chambre. Thus, the present invention relates to a device for detecting corrosion induced by a medium, comprising: a chamber closed by a pellet made of a material such that the pellet becomes permeable to the medium once corroded by this medium, and means for measurement of the refractive index of the fluid present in the chamber.

Les moyens de mesure peuvent comprendre une source lumineuse et un 20 photo détecteur. The measurement means may include a light source and a photo detector.

Les moyens de mesure de l'indice de réfraction peuvent comprendre au moins une portion de fibre optique. The means of measuring the refractive index can comprise at least one portion of optical fiber.

Une extrémité de la fibre optique peut se trouver proche de la pastille. One end of the optical fiber may be close to the patch.

La chambre peut contenir de l'air.The room may contain air.

La pastille peut être liée à un support résistant à la pression du milieu corrosif. Le support peut être perméable au milieu. The tablet can be bonded to a support resistant to the pressure of the corrosive medium. The support can be permeable in the middle.

Le dispositif peut comprendre des moyens d'équilibrage de la pression de part et d'autre de la pastille. The device may include means for balancing the pressure on either side of the pellet.

Les moyens de mesures de l'indice de réfraction peuvent être inclus dans la chambre. The means of measuring the refractive index can be included in the room.

Le dispositif peut comprendre l'un des moyens de transmission des mesures suivants: ondes (radio, ultrasonores, électromagnétiques); fibre optique; conducteur électrique. 15 La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles: les figures 1 et 2 montrent schématiquement le principe du dispositif selon l'invention, -la figure 3 montre un exemple d'enregistrement du signal représentatif d'un état corrodé, -les figures 4 a et 4 b montrent un exemple d'application du dispositif à une structure sous pression, la figure 5 montre une variante de réalisation du capteur selon l'invention, les figures 6 a, 6 b et 6 c illustrent des principes de fonctionnement d'une variante. The device can include one of the means for transmitting the following measurements: waves (radio, ultrasound, electromagnetic); optical fiber; electrical conductor. The present invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the following description of nonlimiting exemplary embodiments, illustrated by the appended figures, among which: FIGS. 1 and 2 schematically show the principle of device according to the invention, FIG. 3 shows an example of recording the signal representative of a corroded state, FIGS. 4 a and 4 b show an example of application of the device to a structure under pressure, FIG. 5 shows an alternative embodiment of the sensor according to the invention, FIGS. 6 a, 6 b and 6 c illustrate operating principles of a variant.

La figure 1 montre un capteur 1 placé dans un liquide 2 corrosif Le capteur 1 est constitué par un boîtier 3 obturé par une pastille 4 qui sépare le volume interne 5 du boîtier de l'ambiance extérieure, c'est-àdire le milieu corrosif Une fibre optique 6 est insérée dans le boîtier 3 de telle façon que l'extrémité de la fibre soit positionnée à proximité de la pastille 4. Figure 1 shows a sensor 1 placed in a corrosive liquid 2 The sensor 1 consists of a housing 3 closed by a patch 4 which separates the internal volume 5 of the housing from the external environment, that is to say the corrosive medium A optical fiber 6 is inserted into the housing 3 so that the end of the fiber is positioned close to the patch 4.

La fibre optique 6 est reliée à un coupleur 7 constitué de deux fibres optiques 8 et 9, respectivement connectées à une source lumineuse 10 et à un photo détecteur 11 La source lumineuse 10, par exemple une diode laser, émet un rayon lumineux transmis par les fibres 8 et 6 jusqu'au milieu A présent dans l'espace interne du boîtier 3 Le milieu A réfléchit le rayon lumineux, 20 selon sa caractéristique de réflexion propre Le rayon réfléchi est transmis par l'intermédiaire de la fibre optique 6 au coupleur 7, lequel guide le rayon lumineux réfléchi vers la fibre optique 9 reliée à un photo détecteur, par exemple une photodiode, adapté à mesurer l'intensité du rayon réfléchi par le milieu A présent à l'intérieur de la cellule Tant que la pastille 4 n'est pas attaquée, et partiellement détruite ou perforée, par le milieu corrosif extérieur, l'intensité du rayon réfléchi reste constante On détecte ainsi l'état de 5 conservation de la pastille, et on en déduit qu'il n'y a pas d'effet de corrosion sur la pastille Le choix du matériau de la pastille et de son épaisseur sera fonction du niveau d'alarme souhaité dans des conditions de service en corrosion déterminées De préférence, le matériau de la pastille est le même que celui de la structure soumise à la corrosion L'épaisseur de la pastille est 10 de préférence choisie inférieure à la surépaisseur déterminée lors de la conception de l'équipement pour tenir compte de la corrosion de la structure. The optical fiber 6 is connected to a coupler 7 consisting of two optical fibers 8 and 9, respectively connected to a light source 10 and to a photo detector 11 The light source 10, for example a laser diode, emits a light beam transmitted by the fibers 8 and 6 to the medium A present in the internal space of the housing 3 The medium A reflects the light ray, according to its own reflection characteristic The reflected ray is transmitted via the optical fiber 6 to the coupler 7 , which guides the light ray reflected towards the optical fiber 9 connected to a photo detector, for example a photodiode, suitable for measuring the intensity of the ray reflected by the medium A present inside the cell As long as the pellet 4 n is not attacked, and partially destroyed or perforated, by the external corrosive medium, the intensity of the reflected ray remains constant. The state of conservation of the tablet is thus detected, and deduces that there is no corrosion effect on the pellet The choice of the material of the pellet and its thickness will depend on the desired alarm level under specific corrosion service conditions Preferably, the material of the pellet is the same as that of the structure subjected to corrosion. The thickness of the pellet is preferably chosen to be less than the additional thickness determined during the design of the equipment to take account of the corrosion of the structure.

La figure 2 montre une vue partielle schématique qui illustre le principe de fonctionnement du capteur La pastille 4 a été corrodée par le milieu B, ce qui a permis le passage d'une certaine quantité du milieu B à travers la 15 pastille pour atteindre l'espace 5 interne à la cellule Lorsque cette quantité de milieu B' est suffisante, l'intensité du rayon réfléchi change nettement dans la mesure o les indices de réfraction des milieux A et B (ou B') sont différents. FIG. 2 shows a partial schematic view which illustrates the principle of operation of the sensor. The patch 4 has been corroded by medium B, which has allowed the passage of a certain amount of medium B through the patch to reach the space 5 internal to the cell When this quantity of medium B ′ is sufficient, the intensity of the reflected ray changes markedly to the extent that the indices of refraction of the media A and B (or B ′) are different.

La variation de mesure d'intensité du rayon réfléchi est donc indicative d'un degré de corrosion, correspondant à l'épaisseur de la pastille 4. The variation in intensity measurement of the reflected ray is therefore indicative of a degree of corrosion, corresponding to the thickness of the patch 4.

La figure 3 montre un enregistrement du signal reçu par la photodiode Ir en fonction du temps t La mesure Ir A donne le niveau d'intensité du rayon incident résultant du milieu A en contact avec l'extrémité de la fibre optique. FIG. 3 shows a recording of the signal received by the photodiode Ir as a function of time t The measurement Ir A gives the level of intensity of the incident ray resulting from the medium A in contact with the end of the optical fiber.

Au temps tc, la pastille 4 a été perforée sous l'effet de la corrosion par le milieu B Dans l'essai présent, il s'agit d'une solution H 2504 5 M et la pastille métallique utilisée a une épaisseur de 50 pm Après pénétration du milieu B au contact de la fibre optique, la photodiode mesure l'intensité Ir B du rayon réfléchi, intensité nettement inférieure à celle de Ir A. Les figures 4 a et 4 b illustrent schématiquement des principes de différentes variantes de capteur selon l'invention, adaptées à être utilisées pour des installations dans lesquelles le fluide corrosif est sous pression. At time tc, the pellet 4 was perforated under the effect of corrosion by the medium B In the present test, it is a solution H 2504 5 M and the metal pellet used has a thickness of 50 μm After penetration of medium B in contact with the optical fiber, the photodiode measures the intensity Ir B of the reflected ray, intensity significantly lower than that of Ir A. Figures 4 a and 4 b schematically illustrate the principles of different sensor variants according to the invention, adapted to be used for installations in which the corrosive fluid is under pressure.

Dans ce cas, la pastille de test de corrosion est en contact direct avec le 10 milieu B sous pression La surface de la pastille doit donc résister à cette pression du milieu B Or pour que la détection d'un phénomène de corrosion soit assez sensible, l'épaisseur de la pastille est généralement trop fine pour intrinsèquement résister à la pression Différents systèmes peuvent être envisagés: le principe du maintien d'une même pression de part et d'autre de la pastille pour que celle-ci soit équilibrée en pression, le principe du dépôt de la pastille sur un support résistant à la pression mais suffisamment poreux pour laisser s'écouler le milieu B vers la fibre optique une fois la pastille perforée par la corrosion. In this case, the corrosion test pellet is in direct contact with medium B under pressure. The surface of the pellet must therefore resist this pressure of medium B Or so that the detection of a corrosion phenomenon is fairly sensitive, the thickness of the pellet is generally too thin to intrinsically withstand the pressure Different systems can be envisaged: the principle of maintaining the same pressure on either side of the pellet so that it is balanced in pressure, the principle of depositing the pellet on a support resistant to pressure but sufficiently porous to allow medium B to flow towards the optical fiber once the pellet is perforated by corrosion.

La figure 4 a illustre le principe d'un capteur fixé sur la paroi 12 d'une enveloppe contenant un milieu B corrosif et sous pression Le capteur est fixé par une bride 13 sur un perçage 14 dans la paroi Une pastille 15 de métal sensible à la corrosion est déposée sur un support 16 ayant une perméabilité au milieu B telle que, dès que la pastille 15 atteint un certain niveau de corrosion (piqres, porosité, ), le milieu B pénètre jusqu'à l'extrémité de la fibre optique 17 A cet instant, comme décrit plus haut, l'indice de réfraction 5 du milieu dans lequel se trouve l'extrémité de la fibre est modifié, ce qui informe du degré de la corrosion Le support 16 peut être un métal fritté, un disque perforé, ou équivalent Les fonctions de ce support sont de soutenir la pastille en contact avec un fluide sous pression, tout en permettant au milieu B de pénétrer jusqu'à l'extrémité de la fibre optique 17 à la suite de la 10 perforation par corrosion de la pastille 15 Bien entendu, des joints d'étanchéité empêchent les fuites externes dès lors que la pastille est corrodée. FIG. 4 a illustrates the principle of a sensor fixed on the wall 12 of an envelope containing a corrosive and pressurized medium B The sensor is fixed by a flange 13 on a bore 14 in the wall A pellet 15 of metal sensitive to corrosion is deposited on a support 16 having permeability to medium B such that, as soon as the pellet 15 reaches a certain level of corrosion (pitting, porosity,), medium B penetrates to the end of the optical fiber 17 At this instant, as described above, the refractive index 5 of the medium in which the end of the fiber is found is modified, which indicates the degree of corrosion. The support 16 can be a sintered metal, a perforated disc. , or equivalent The functions of this support are to support the pellet in contact with a pressurized fluid, while allowing the medium B to penetrate to the end of the optical fiber 17 following the perforation by corrosion of tablet 1 5 Of course, seals prevent external leakage as soon as the pellet is corroded.

La figure 4 b illustre schématiquement le principe d'un pastille 19, fine donc peu résistante à la pression, mais adéquate pour la détermination d'un niveau de corrosion Le montage du capteur peut être identique à celui de la 15 réalisation de la figure 4 a Mais ici, la chambre 20 dans laquelle se trouve l'extrémité de la fibre optique 21 est mise à la même pression que celle qui règne dans le milieu B Pour cela, la chambre 20 est remplie d'un fluide A', de compressibilité proche de celle du milieu B, et pressurisée par un dispositif de transmission de pression comprenant un conduit 22 de prise de la pression 20 dans le milieu B, des moyens de mise en pression 23 (par exemple un piston, une membrane) du fluide A' Ainsi, la pression est identique de part et d'autre de la pastille, ce qui autorise une épaisseur faible Lorsque la corrosion aura atteint un niveau déterminé par l'épaisseur et la nature de matériau de la pastille, le milieu B pénètre dans la chambre 20 o se trouve le fluide A' pour se mélanger et faire varier l'indice de réfraction On peut aussi choisir un fluide A' subissant un changement important d'indice de réfraction dès pollution par le milieu B. La figure 5 illustre le principe d'une variante du capteur selon l'invention Le dispositif 30 est fixé sur la paroi 31 d'une structure en contact avec les fluides corrosifs du milieu B Une pastille 32 obture l'extrémité du corps 33 du capteur Un support 34, en matériau poreux et perméable, 0 maintient la pastille 32 sous les efforts de pression du milieu B Le corps du capteur contient une "capsule" 35 de détection de la variation de l'indice de réfraction Sur cette figure, la représentation schématique de la capsule 35 est identique à la représentation illustrée sur la figure 6 a, décrite plus loin Cette capsule comprend des moyens de transmission de la mesure: par conducteur 15 électrique, fibre optique, ondes (radio, ultrasonores, électromagnétiques, ) comme schématisé par la référence 36 Ainsi, le capteur peut, dans une variante, être totalement libre de liaison matérielle de communication Il sera simple de multiplier le nombre de capteurs placés sur une structure pour effectuer une gestion de la corrosion de cette structure, par exemple en 20 utilisant des pastilles d'épaisseur différentes à des endroits déterminés, ou en les disposant sur un même emplacement pour faire un "monitoring" local de la corrosion. La figure 6 a illustre un principe de capsule 35, dans lequel une fibre optique 37 est maintenue à proximité de la base 38 de la capsule par une épaisseur de résine 39 Une source lumineuse (par exemple une diode) émet un rayon lumineux transmis à la base 38 par l'intermédiaire de la fibre optique. 5 La base 38 de la capsule est en contact, ou au voisinage du matériau poreux 34 (figure 5), ou équivalent, de façon que le fluide du milieu B qui traverse à la fois la pastille corrodée 32 et le matériau poreux 34 fait varier l'indice de réfraction à l'extrémité de la fibre 37 Cette variation est mesurée par le détecteur 41 (par exemple une photodiode) La capsule comprend également 10 les moyens électroniques (non représentés) pour gérer et traiter l'information afin de la transmettre à l'utilisateur, par exemple par ondes comme illustré sur la figure 5. FIG. 4 b schematically illustrates the principle of a pellet 19, fine therefore not very resistant to pressure, but suitable for determining a level of corrosion. The mounting of the sensor can be identical to that of the embodiment of FIG. 4 a But here, the chamber 20 in which the end of the optical fiber 21 is located is put at the same pressure as that which prevails in the medium B For this, the chamber 20 is filled with a fluid A ', of compressibility close to that of medium B, and pressurized by a pressure transmission device comprising a conduit 22 for taking the pressure 20 in medium B, means for pressurizing 23 (for example a piston, a membrane) of fluid A 'Thus, the pressure is identical on either side of the pellet, which allows a small thickness When the corrosion has reached a level determined by the thickness and the nature of material of the pellet, the medium B penetrates into the room 20 o is the fluid A 'to mix and vary the refractive index We can also choose a fluid A' undergoing a significant change in refractive index from pollution by the medium B. Figure 5 illustrates the principle of a variant of the sensor according to the invention The device 30 is fixed to the wall 31 of a structure in contact with the corrosive fluids of medium B A patch 32 closes the end of the body 33 of the sensor A support 34, made of porous material and permeable, 0 maintains the patch 32 under the pressure pressures of the medium B The sensor body contains a "capsule" 35 for detecting the variation in the refractive index In this figure, the schematic representation of the capsule 35 is identical to the representation illustrated in FIG. 6 a, described below. This capsule comprises means for transmitting the measurement: by electrical conductor, optical fiber, waves (radio, ultrasonic, electromagnetic,) as dry indicated by the reference 36 Thus, the sensor can, in a variant, be completely free of material communication link. It will be simple to multiply the number of sensors placed on a structure in order to manage the corrosion of this structure, for example by 20 using pellets of different thickness at determined locations, or by placing them on the same location to make a local "monitoring" of corrosion. FIG. 6 a illustrates a principle of capsule 35, in which an optical fiber 37 is held near the base 38 of the capsule by a thickness of resin 39 A light source (for example a diode) emits a light ray transmitted to the base 38 via optical fiber. 5 The base 38 of the capsule is in contact with, or in the vicinity of the porous material 34 (FIG. 5), or equivalent, so that the fluid of medium B which passes through both the corroded pellet 32 and the porous material 34 varies the refractive index at the end of the fiber 37 This variation is measured by the detector 41 (for example a photodiode) The capsule also includes 10 the electronic means (not shown) for managing and processing the information in order to transmit it to the user, for example by waves as illustrated in FIG. 5.

La figure 6 b montre l'utilisation d'un dioptre 42 constitué par un milieu A' et le milieu B' ayant pénétré dans le matériau poreux 34 Un capteur 43 15 mesure une caractéristique du rayon lumineux réfléchi 44, résultant d'un rayon incident 45 issu d'une source lumineuse 46 Comme selon la capsule de la figure 6 a, des moyens électroniques internes à la capsule gèrent et transmettent l'information de variation de l'indice de réfraction du milieu B' à l'utilisateur. La figure 6 c reprend le principe illustré par les figures 1, 2, 4 a et 4 b, dans lesquelles le capteur contient l'extrémité d'une fibre optique 50 qui se prolonge par une autre longueur de fibre 52, par exemple raccordée par un connecteur 51 Une capsule de mesure 53 contient la source 54 et les moyens de mesure 55 de la variation de l'indice de réfraction à l'extrémité de la fibre 50. FIG. 6 b shows the use of a diopter 42 constituted by a medium A 'and the medium B' having penetrated into the porous material 34 A sensor 43 15 measures a characteristic of the reflected light ray 44, resulting from an incident ray 45 from a light source 46 As according to the capsule of FIG. 6 a, electronic means internal to the capsule manage and transmit the information of variation of the refractive index of the medium B 'to the user. FIG. 6 c takes up the principle illustrated by FIGS. 1, 2, 4 a and 4 b, in which the sensor contains the end of an optical fiber 50 which is extended by another length of fiber 52, for example connected by a connector 51 A measurement capsule 53 contains the source 54 and the means 55 for measuring the variation in the refractive index at the end of the fiber 50.

Claims

1) Device for detecting corrosion induced by a medium, characterized in that it comprises a chamber closed (5) by a pellet (4) made of a material such that said pellet becomes permeable to said medium once corroded by said medium, and means for measuring the refractive index of the fluid present in the chamber.

2) Device according to claim 1, wherein said 0 measurement means comprise a light source (10) and a photo detector (11).

3) Device according to one of claims 1 or 2, wherein said means of measuring the refractive index comprises at least a portion of optical fiber.

4) Device according to claim 3, wherein one end of the optical fiber is located close to the patch.

5) Device according to one of the preceding claims wherein said chamber contains air.

6) Device according to one of the preceding claims wherein said pellet is linked to a support resistant to the pressure of the corrosive medium.

7) Device according to claim 6, wherein said support is permeable to said medium. zz

8) Device according to one of claims 1 to 5, comprising means for balancing the pressure on either side of said pellet.

9) Device according to one of the preceding claims, wherein the means of measuring the refractive index are included in said chamber. 5

10) Device according to claim 9, comprising at least one of the means for transmitting the following measurements: waves (radio, ultrasound, electromagnetic); optical fiber; electrical conductor.